JP5371254B2 - 積層式電池及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、ロボット、電気自動車、バックアップ電源等に使用される積層式電池及びその製造方法に関し、特に、ハイレートでの充放電特性を向上させることができる積層式リチウムイオン電池及びその製造方法に関する。

近年、電池は、携帯電話、ノートパソコン、ＰＤＡ等の移動情報端末の電源のみならず、ロボット、電気自動車、バックアップ電源などに使用されるようになってきており、さらなる高容量化が要求されるようになってきている。このような要求に対し、リチウムイオン電池は、高いエネルギー密度を有し、高容量であるので、上記のような駆動電源として広く利用されている。

このようなリチウムイオン電池の電池形態としては、大別して、渦巻状の電極体を有底筒状の外装体に封入した筒型のものと、方形状電極を複数積層した積層電極体を有底角状の外装体または１枚又は２枚のラミネートフィルムを溶着することにより作製したラミネート外装体に封入した積層式のものとがある。

これらリチウムイオン電池のうち、積層電極体をラミネート外装体に封入した積層式電池の積層電極体の具体的な構成は、正極集電タブを有するシート状の正極板と、負極集電タブを有するシート状の負極板とを、セパレータを介して必要な数だけ積層するような構成である。

しかしながら、上記構造の電池では、角部に対応するラミネートフィルムに皺が発生するため、ラミネートフィルム内部のアルミ箔層に亀裂が生じて電池性能が早期に劣化するという問題がある。そこで、ラミネート外装体の収納空間内の四隅にスペーサを配置するような構造の積層式電池が提案されている。

特開２００４−３９２７１号公報

ここで、近年、上述の如くリチウムイオン電池の大容量化が進行しており、これに伴って正極板や負極板の積層枚数が多くなる傾向にあるため、積層ずれが生じやすくなる。これは、リチウムイオン電池の電極は、正負両極とも数１０〜数１００μｍの厚みであり、且つ、上記セパレータも数１０μｍの厚みであるため、いずれも紙のようにこしがなく、滑りが生じたりしわが生じたりすることに起因するものと考えられる。そして、このように積層ずれが生じると、充放電の繰り返しによる電極端部へのリチウム析出によりサイクル特性が低下したり、あるいは正極と負極とが接触することにより電池内でショートが発生することがある。特に、使用時に振動等の負荷がかかるロボット、電気自動車等の電源として用いられる場合には、上記積層ずれという問題が顕著に生じる。

ところが、上記特許文献１に記載の技術では、ラミネート外装体の収納空間内の四隅にスペーサが配置されているだけなので、積層電極体の周面に付勢力が殆ど加わらず、積層電極体のずれを十分に抑制することはできない。また、積層電極体の４辺をテープ止めするような技術もあるが、単にテープ止めしただけでは、積層電極体のずれを十分に抑制することはできない。

本発明は上記課題を考慮したものであって、積層電極体のずれを十分に抑制することすることにより、信頼性を飛躍的に向上させることができる積層式電池を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために本発明は、各々正極集電タブが延出された複数の正極板と、各々負極集電タブが延出された複数の負極板とが、セパレータを介して交互に積層された多角形板状の積層電極体を有すると共に、この積層電極体が、金属層と樹脂層とを備えたラミネートフィルムの周縁同士を接合することにより形成されたラミネート外装体の収納空間内に減圧状態で配置される構造の積層式電池において、上記積層電極体の周面のうち少なくとも１つの周面には、積層電極体を電池内部方向に押圧する押圧部材が配置されており、この押圧部材の長さが、押圧部材が当接する積層電極体の周面の長さの１／２以上であることを特徴とする。

上記構成の如く、積層電極体の周面のうち少なくとも１つの周面には、積層電極体を電池内部方向に押圧する押圧部材が配置されていれば、積層電極体の周面には常時付勢力が加わるので、使用時に振動等の負荷がかかるロボット、電気自動車等の電源として積層式電池が用いられた場合であっても、積層電極体のずれを十分に抑制することができ、これにより、電池の信頼性を飛躍的に向上させることができる。

更に、押圧部材により両集電タブが挟圧固定されるので、ラミネート外装体に対する両集電タブ（及び、この両集電タブが各々固定された両集電端子）の位置が固定され、この結果、自動機を用いて積層式電池を作製することも可能となる。

尚、押圧部材の長さを、押圧部材が当接する積層電極体の周面の長さの１／２以上となるように規制するのは、押圧部材の長さが当該長さの１／２以下であれば、押圧部材と積層電極体の周面との接触面積が小さくなって、積層電極体のずれを十分に抑制することができない場合があるからである。

また、特開２００５−２５９６２１号公報では、積層電極体の周囲に積層電極体を保護する枠状の保護部材を備える積層式電池が提案されているが、このように、各辺が固定された枠状の保護部材では、積層電極体の周面を押圧することができないので、本発明の作用効果を発揮することはできない。

上記積層電極体が四角形板状であることが望ましい。
積層電極体が四角形板状であれば、電池形状は直方体形状となるので、積層式電池を各種機器に用いることができる。

上記積層電極体の周面のうち上記両集電タブが存在しない周面には、三角柱状又は半円柱状の押圧部材が配置され、押圧部材が三角柱状の場合には３つの平面部のうち一つの平面部が、押圧部材が半円柱状の場合には平面部が、それぞれ積層電極体の周面と当接する構造であることが望ましい。
押圧部材を三角柱状又は半円柱状とするのは、押圧部材を四角柱状とした場合に比べて、電池内部方向に大きな力が働くので、積層電極体のずれ抑制効果が十分に発揮されると共に、電池の異常反応等でラミネート外装体の内部圧力が上昇した場合に、ラミネート外装体の溶着部と垂直な方向に加わる力が小さくなるので、ラミネート外装体の溶着部の剥がれを抑制できるからである。また、押圧部材を四角柱状とした場合の如く、押圧部材の角部がラミネート外装体を押圧することがないので、ラミネート外装体の傷付きを防止できると共に、電池の体積が小さくなるという理由もある。

上記積層電極体の周面のうち上記両集電タブが存在する周面には、三角柱状又は１／４円柱状を成す２つの押圧部材が両集電タブを挟むように配置され、押圧部材が三角柱状の場合には３つの平面部のうち一つの平面部が積層電極体の周面と当接し、他の一の平面部が両集電タブと当接する構造であり、押圧部材が１／４円柱状の場合には何れか一方の平面部が積層電極体の周面と当接し、他の平面部が両集電タブと当接する構造であることが望ましい。
このように規制するのは、上述した理由と同様の理由である。

上記積層電極体の全ての周面に押圧部材が配置されていることが望ましい。
積層電極体の全ての周面に押圧部材が配置されていれば、全ての周面から電池内部方向に押圧力が加えられるので、積層電極体のずれを一層抑制することができる。

上記積層電極体の周面の長さより上記押圧部材の長さの方が小さく、上記押圧部材の当接面の全ての部位が上記積層電極体の周面と当接していることが望ましい。
いずれかの押圧部材の長さが積層電極体の周面の長さより大きい場合には、他の押圧部材によって、当該押圧部材の移動が規制されて積層電極体の周面と当接しないことが生じるが（即ち、上記特開２００５−２５９６２１号公報に示した発明と同様の問題が生じることがあるが）、押圧部材の長さが積層電極体の周面の長さより小さく、押圧部材の当接面の全ての部位が積層電極体の周面と当接していれば、このような不都合が生じるのを回避できるからである。

上記ラミネート外装体の収納空間における角部にはスペーサが配置されていることが望ましい。
積層電極体の全ての周面に押圧部材が配置され、且つ、積層電極体の周面の長さより、上記押圧部材の長さの方が小さく、しかも、押圧部材の当接面の全ての部位が積層電極体の周面と当接していれば、ラミネート外装体の収納空間における角部には空隙が生じることになる。このため、減圧状態で密封する際に、角部に対応するラミネートフィルムに皺が発生することがある。このようにラミネートフィルムに皺が発生すると、ラミネートフィルム内部の金属箔層に亀裂を引き起こして電池性能の早期劣化を引き起こす可能性がある。そこで、上記構成の如く、ラミネート外装体の収納空間における角部にスペーサを配置すれば、ラミネート外装体の収納空間における角部に空隙が生じ難くなるため、ラミネートフィルム同士を減圧状態で密封する際に、ラミネートフィルムに皺が発生するのを抑制できる。したがって、ラミネートフィルム内部の金属箔層に亀裂が生じることによる電池性能の早期劣化を抑えることができる。

上記スペーサと上記押圧部材との間には弾性力を有する緩衝材が挟持されていることが望ましい。
スペーサと押圧部材とが直接接触していると、積層電極体を加圧すべく押圧部材が移動した場合には、これに伴ってスペーサも移動することがある。このため、ラミネート外装体の収納空間内（特に、角部）に空隙が生じることがあり、スペーサを配置した効果が半減する。これに対して、スペーサと押圧部材との間に弾性力を有する緩衝材が配置されていれば、押圧部材が移動した場合であっても、スペーサが移動するのを抑制することができるので、スペーサを配置した効果が十分に発揮される。

尚、このような作用効果を円滑に達成するためには、緩衝材と押圧部材とを固定するという手法を用いれば良い。

上記積層電極体の積層方向の厚みが１０ｍｍ以上であることが望ましい。
このように、積層電極体の積層方向の厚みが１０ｍｍ以上であれば、積層ずれが生じ易いので、本発明の効果がより発揮される。

上記正極板に用いられる正極活物質と、上記負極板に用いられる負極活物質とが、リチウムを吸蔵放出できる材料から構成されていることが望ましい。
正極活物質と負極活物質とがリチウムを吸蔵放出できる材料から構成されるリチウムイオン電池に適用すれば、電池の信頼性を向上しつつ、電池の大容量化を図ることができる。

各々正極集電タブが延出された複数の正極板と、各々負極集電タブが延出された複数の負極板とを、セパレータを介して交互に積層して板状の積層電極体を作製する積層電極体作製ステップと、ラミネートフィルムの収納凹部内に、上記積層電極体とこの積層電極体を電池内部方向に押圧する押圧部材とを配置する積層電極体配置ステップと、一部を残して上記ラミネートフィルムの周縁同士を接合する接合ステップと、上記ラミネートフィルムで構成されたラミネート外装体の開口部から電解液を注液する注液ステップと、上記ラミネート外装体の内部の減圧状態を維持しつつ、ラミネート外装体の開口部を封止する封止ステップと、を有することを特徴とする。

また、上記積層電極体配置ステップにおいて、上記収納凹部の角部にスペーサを配置するすると共に、上記スペーサと上記押圧部材との間に弾性力を有する緩衝材を配置することが望ましい。
これらの方法であれば、上述した積層式電池を容易に作製することができる。

上記封止ステップにおいて、ラミネート外装体の内部圧力を３０ｔｏｒｒ以下に規制することが望ましい。
ラミネート外装体の内部圧力が３０ｔｏｒｒ以下であれば、積層電極体に対する加圧力が大きくなって、積層電極体の積層ずれをより抑制することができる。

上記ラミネートフィルムの収納凹部の深さの和が、上記積層電極体の厚みよりも小さいことが望ましい。
ラミネートフィルムの収納凹部の深さの和が、上記積層電極体の厚みよりも小さければ、積層電極体に対する加圧力が大きくなって、積層電極体の積層ずれをより一層抑制することができる。尚、ラミネートフィルムの収納凹部の深さの和とは、２つのラミネートフィルムにそれぞれ収納凹部が設けられている場合及び１つのラミネートフィルムに２つの収納凹部が設けられている場合には、それらの深さの和であるが、２つのラミネートフィルムの一方にのみ収納凹部が設けられている場合及び１つのラミネートフィルムに１つの収納凹部が設けられている場合には、当該収納凹部の深さのみをいう。

本発明によれば、積層電極体の周面には積層電極体を電池内部方向に押圧する押圧部材が設けられているので、積層電極体のずれを十分に抑制することができ、これによって、電極端部へのリチウム析出によりサイクル特性の低下や、電池内でのショートの発生を抑えることができるので、積層式電池の信頼性を飛躍的に向上させることができるといった優れた効果を奏する。特に、使用時に振動等の負荷がかかるロボット、電気自動車等の電源として用いられる場合に本発明は有用である。

以下、本発明の一例に係る積層式電池（角型リチウムイオン電池）を、図１〜図２２に基づいて説明する。なお、本発明における積層式電池は、下記の形態に示したものに限定されず、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施できるものである。

（積層式電池の構造）
図２に示すように、積層式電池は積層電極体４を有しており、この積層電極体４は、正極板１と負極板２とがセパレータ３を介して多数積層され、且つ、最外位置には負極板２が配置される構造となっている。このように、最外位置に負極板２が配置されることから、負極板２の枚数が正極板１の枚数より１枚多くなるように構成されている（具体的には、正極板１は５０枚、負極板２は５１枚で構成されている）。また、図３に示すように、積層電極体４（積層電極体作製直後、即ち、ラミネート外装体の収納空間内に収納される前の厚さＬ１１は１２ｍｍ）の外周部には積層電極体４を跨ぐように、各電極板１、２や正極のずれを抑制するためのテープ５が貼着されている。更に、上記積層電極体４は、図１に示すような２枚のラミネートフィルム７を溶着することにより形成したラミネート外装体６の収納空間の内部に、電解液と共に封入されており、上記ラミネート外装体６からは、アルミニウム板（厚さ：０．５ｍｍ）から成る正極集電端子８と、銅板（厚さ：０．５ｍｍ）から成る負極集電端子９とが突出する構造となっている。尚、上記ラミネートフィルム７はアルミニウム箔の両面に樹脂層が形成される構造であり、また、図１の符号１７は２枚のラミネートフィルム７の溶着部である。

上記正極板１は、図４に示すように、方形状のアルミニウム箔（厚さ：１５μｍ）から成る正極用導電性芯体の両面に、ＬｉＣｏＯ₂から成る正極活物質と、カーボンブラックから成る導電剤と、ポリフッ化ビニリデンから成る結着剤とから構成される正極活物質層１ａが設けられる構造となっている。上記正極板１の幅Ｌ１は９５ｍｍ、高さＬ２は９５ｍｍとなっており、また、正極板１の一辺からは、上記正極用導電性芯体と一体形成されると共に上記正極活物質層１ａが設けられていない正極集電タブ１ｂ（幅Ｌ３は３０ｍｍ、高さＬ４は２０ｍｍ）が突出しており、この正極集電タブ１ｂは、上記正極集電端子８の表裏面に重ねられた状態で、上記正極集電端子８と超音波溶接法にて溶着されている。

上記負極板２は、図５に示すように、方形状の銅箔（厚さ：１０μｍ）から成る負極用導電性芯体の両面に、天然黒鉛から成る負極活物質と、ポリフッ化ビニリデンから成る結着剤とから構成される負極活物質層２ａが設けられる構造となっている。上記負極板２の幅Ｌ５は１００ｍｍ、高さＬ６は１００ｍｍであり、負極板２の一辺からは、上記負極用導電性芯体と一体形成されると共に上記負極活物質層２ａが設けられていない負極集電タブ２ｂ（幅Ｌ７は３０ｍｍ、高さＬ８は２０ｍｍ）が突出おり、この負極集電タブ２ｂは、上記負極集電端子９の表裏面に重ねられた状態で、上記負極集電端子９と超音波溶接法にて溶着されている。

また、上記セパレータ３は、厚さが３０μｍポリプロピレン（ＰＰ）から成り、図６に示すように、幅Ｌ９は１００ｍｍ、高さＬ１０は１００ｍｍの方形状を成している。

ここで、図７及び図８に示すように、上記２枚のラミネートフィルム７から構成されるラミネート外装体６の収納空間１８内には、上記積層電極体４の他に、ＰＴＦＥ製で三角柱状の押圧部材１１、１２、１３、１４と、板ばね（弾性力を有する緩衝材）１５と、スペーサ１６とが収納されている（尚、図８においては、理解の容易のため、全ての部材は表示していない）。また、上記２枚のラミネートフィルム７（溶着前のもの）の深さＬ１４、Ｌ１５は共に５ｍｍであって、これら深さＬ１４と深さＬ１５との和は、ラミネート外装体６の収納空間１８内に収納される前の積層電極体４の厚さＬ１１（１２ｍｍ）よりも小さくなっている。このような構成とすることにより、ラミネートフィルム７同士を溶着してラミネート外装体６を作製する際に、ラミネートフィルム７の張力により押圧部材に力が加わるので、積層電極体４のずれを抑制できる。

上記三角柱状の押圧部材１１、１２、１３、１４のうち大型の押圧部材１１、１２、１３は、上記積層電極体４における４つの周面のうち上記両集電タブ１ｂ、２ｂが存在しない周面４ａ、４ｂ、４ｃにそれぞれ配置されている。上記押圧部材１１、１２、１３の具体的な構造は、図９（ａ）（ｂ）に示すように、押圧部材１１、１２、１３の側面形状は二等辺直角三角形状であり、当該三角形の斜辺に対応する面１１ａ、１２ａ、１３ａが上記周面４ａ、４ｂ、４ｃと当接して、周面４ａ、４ｂ、４ｃを押圧する一方、上記斜辺を含まない頂点に対応する頂部１１ｂ、１２ｂ、１３ｂは前記ラミネート外装体６の溶着部１７に臨む位置に配置されている。このような構成とすることによって、積層電極体４を電池内部方向に押圧する構成となっている。尚、上記押圧部材１１、１２、１３の全長Ｌ２０は９０ｍｍ、また、押圧部材１１、１２、１３の短辺の長さＬ２１は９ｍｍとなっている。

上記三角柱状の押圧部材１１、１２、１３、１４のうち小型の押圧部材１４は、上記積層電極体４における４つの周面のうち上記両集電タブ１ｂ、２ｂが存在する周面４ｄであって両集電タブ１ｂ、２ｂ（両集電端子８、９）の上下面にそれぞれ配置されている。上記押圧部材１４の具体的な構造は、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、押圧部材１４の側面形状は二等辺直角三角形状であり、当該三角形の斜辺に対応する面でない２つの面のうち一方の面１４ａが上記周面４ｄと当接して周面４ｄを押圧する一方、他方の面１４ｃが上記両集電タブ１ｂ、２ｂ及び後述する両集電タブ１ｂ、２ｂと負極集電端子８、９との溶着部と当接して、両集電体８、９の両側に配置された２つの押圧部材１４で、両集電タブ１ｂ、２ｂ及び溶着部を挟圧固持する。上記斜辺を含む頂点に対応する頂部１４ｂは前記ラミネート外装体６の溶着部１７に臨む位置に配置されている。このような構成とすることによって、積層電極体４を電池内部方向に押圧する構成となっている。尚、押圧部材１４の全長Ｌ２２は９０ｍｍ、短辺の長さＬ２３は６ｍｍとなっている。

ここで、押圧部材１１、１２、１３、１４を三角柱状とした理由を、図１３〜図１５に基づいて、以下に説明する。尚、理由を説明するにあたり、押圧部材１１を例にとって説明するが、他の押圧部材１２、１３、１４も同様である。
先ず、押圧部材１１を四角柱状とした場合には、図１３に示すように、収納空間１８内が減圧された状態なので、側面に存在するラミネート外装体６には大気圧Ｆｂが加わるが、ラミネート外装体６の上下面にも大気圧Ｆａが加わり、これに伴って、ラミネート外装体６と押圧部材１１との間に大きな摩擦力が発生する。このため、積層電極体４の周面４ａに押圧部材１１の押圧力が十分に加わらず、積層電極体４のずれ抑制効果を十分に発揮できない。尚、２つのラミネートフィルム７の収納空間の深さの和が、上記積層電極体４の厚みよりも小さいように構成されていても、押圧部材１１が四角柱状であれば、ラミネート外装体６に加わる張力はラミネート外装体６の溶着部１７と垂直な方向に加わるため（図１３中の力Ｆ₁である。）、押圧部材１１が積層電極体４の周面４ａを押圧する力とはならない。

また、電池の異常反応などで内部の圧力が上昇した場合、ラミネート外装体６の溶着部１７と垂直方向に大きな力Ｆ₁が加わることから、溶着部１７が剥がれ易くなる。尚、図１３においては、電池内部の圧力が上昇することに起因する力も、ミネートフィルム７の収納空間の深さの和が積層電極体４の厚みよりも小さいことに起因する力も共にＦ₁と表示しているが、前者の原因に起因する力は後者の原因に起因する力よりも格段に大きい。また、このことは、後述のＦ₂、Ｆ₃、Ｆ₄についても同様である。
更に、減圧状態では、押圧部材１１の角部４１からラミネート外装体６に大きな力が加わって、ラミネート外装体６が傷付き易くなる。加えて、押圧部材１１を四角柱状とした場合には、電池が大きくなるという不都合もある。

これに対して、押圧部材１１を三角柱状とした場合には、図１４に示すように、収納空間１８内が減圧された状態なので、傾斜する側面に存在するラミネート外装体６には大気圧Ｆｃが加わり、この力Ｆｃは水平方向の分力Ｆｃ₁と垂直方向の分力Ｆｃ₂とに分解することができる。更に、２つのラミネートフィルム７の収納空間の深さの和が、上記積層電極体４の厚みよりも小さいように構成されているので、ラミネート外装体６には張力Ｆ₂が加わり（但し、力Ｆ₂は力Ｆｃよりも小さい）、この力Ｆ₂は水平方向の分力Ｆ₂₁と垂直方向の分力Ｆ₂₂とに分解することができる。このように、ラミネート外装体６には水平方向の分力Ｆ₂₁,Ｆｃ₁が共に加わるため、積層電極体４の周面４ａに押圧部材１１からの押圧力が加わり、積層電極体４のずれ抑制効果が発揮される。
また、電池の異常反応などで内部の圧力が上昇した場合、ラミネート外装体６には力Ｆ₂が加わるが、ラミネート外装体６の溶着部１７と垂直な方向にはその分力たるＦ₂₂しか加わらないので、溶着部１７の剥がれを抑制できる。更に、押圧部材１１には角部４１が存在しないので、ラミネート外装体６の傷付きを防止できる。加えて、押圧部材１１を三角柱状とした場合には、電池を小型化できる。

尚、押圧部材１１の角度θを決定するに際、図１５に示す角度θを余り小さくすると電池の大型化を招来するので、角度θは６０°≦θであることが望ましく、また、角度θが余り大きくなると、水平方向の分力Ｆ₃₁が小さくなる一方、垂直方向の分力Ｆ₃₂が大きくなって、上述した利点が余り発揮されないので、θ≦１２０°であることが望ましい。

また、押圧部材１１を半円柱状とした場合は上記三角柱状の場合と略同様であり、図１６に示すように、ラミネート外装体６に働く力は斜め方向の力Ｆ₄,Ｆ_dであり、この力Ｆ₄,Ｆ_dは水平方向の分力Ｆ₄₁,Ｆ_d1と垂直方向の分力Ｆ₄₂,Ｆ_d2に分解することができる。したがって、押圧部材１１を三角柱状とした場合と同様、積層電極体４のずれ抑制効果が発揮されると共に、ラミネート外装体６の傷付きを防止しつつ、電池を小型化できる。但し、押圧部材１１を三角柱状とした場合に比べて、異常反応などで内部の圧力が上昇したときに、ラミネート外装体６の溶着部１７と垂直な方向に加わる力が大きくなるので、溶着部１７の剥がれが抑制効果は押圧部材１１を三角柱状とした場合の方が、より一層発揮されることになる。

上記スペーサ１６は、図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、平面視形状が略Ｌ字形状をなしており、上記押圧部材１１、１２、１３、１４に臨む端面１６ａ、１６ｂは、押圧部材１１、１２、１３の端面１１ｃ、１２ｃ、１３ｃの形状と同一の直角二等辺三角形状を成している。また、スペーサ１６の長さＬ２５（両集電端子８、９の延出方向）は１１ｍｍ、長さＬ２６（両集電端子８、９の延出方向と垂直な方向）は１０ｍｍとなっている。尚、長さＬ２５の方が長さＬ２６よりも大きいのは、図３に示すように、積層電極体４の端部には多数の正極集電タブ１ｂが存在する（図示はしないが負極集電タブ２ｂも存在する）ことを考慮したものである。

ここで、このように角部にスペーサ１６を設けるのは、以下に示す理由による。即ち、本実施例では、積層電極体４の全ての周面４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに押圧部材１１、１２、１３、１４が配置され、且つ、積層電極体４の各周面４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの長さより押圧部材１１、１２、１３、１４の全長の方が小さくなるように構成されているので、ラミネート外装体６の収納空間１８における角部には空隙が生じることになる。このため、減圧状態で密封する際に、角部に対応するラミネートフィルム７に皺が発生することがある。このようにラミネートフィルム７に皺が発生すると、ラミネートフィルム７内部の金属箔層（アルミニウム箔）に亀裂を引き起こして電池性能の早期劣化を引き起こす可能性がある。しかしながら、上記構成の如く、ラミネート外装体６の収納空間１８における角部にスペーサ１６を配置すれば、収納空間１８における角部に空隙が生じ難くなるため、ラミネートフィルム７同士を減圧状態で密封する際に、ラミネートフィルム７に皺が発生するのを抑制できる。したがって、ラミネートフィルム７内部の金属箔層に亀裂が生じることに起因する電池性能の早期劣化を抑えることができる。

尚、上記のことを考慮して、図１７に示すように、押圧部材１１、１２、１３、１４の全長を大きくして（特に、押圧部材１１、１２の全長を大きくして）、収納空間１８における角部には空隙が生じるのを抑制するような構造とすることも考えられる。しかしながら、このような構造とした場合には、押圧部材１３、１４は図中Ａ方向に移動することが可能であるが、押圧部材１１、１２は押圧部材１３、１４の端面と当接していることから、図中Ｂ方向に移動することができない。この結果、積層電極体４のずれを抑制するという効果が半減することになる。したがって、収納空間１８の角部には、押圧部材１１、１２、１３、１４とは別体のスペーサ１６を設けることが好ましい。

上記板ばね（弾性力を有する緩衝材）１５は、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、基台部１５ａと、ばね部１５ｂとから構成されている。上記基台部１５ａの端面形状は、押圧部材１１、１２、１３の端面１１ｃ、１２ｃ、１３ｃと同一の直角二等辺三角形状をなしており、基台部１５ａは端面１１ｃ、１２ｃ、１３ｃと当接している。一方、また、上記ばね部１５ｂは上記基台部１５ａの一部を切り起こすことにより形成されており、その先端部がスペーサ１６と当接している。なお、板ばね１５の厚さＬ２７は１ｍｍである。

ここで、このように押圧部材１１、１２、１３、１４とスペーサ１６との間に板ばね１５を設けるのは、以下に示す理由による。尚、ここでは一つの端部を例にとって説明する。図１８に示すように、押圧部材１２、１４とスペーサ１６とが直接接触していると、積層電極体４を加圧すべく押圧部材１２、１４が移動した場合には、これに伴ってスペーサ１６も移動することがある。このため、ラミネート外装体６の収納空間１８の角部に空隙２０が生じることがあり、上述したスペーサ１４を収納空間１８内に配置した効果が半減する。これに対して、図１９に示すように、押圧部材１２、１４とスペーサ１６との間に板ばね１５が配置されていれば、押圧部材１２、１４が移動した場合であっても、スペーサ１６が移動するのを抑制することができるので、スペーサ１６を配置した効果が十分に発揮される。

このようになる理由は、板ばね１５の反発力によってスペーサ１６がラミネート外装体６の角部方向に押されるので、押圧部材１２、１４が電池内側に移動した場合であっても、それにつれて、スペーサ１６が移動するのを抑制することができるからである。

（角型リチウムイオン電池の作製方法）
〔正極板の作製〕
正極活物質としてのＬｉＣｏＯ₂を９０質量％と、導電剤としてのカーボンブラックを５質量％と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを５質量％と、溶剤としてのＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶液とを混合して正極スラリーを調製した。次に、この正極スラリーを、正極集電体としてのアルミニウム箔（厚み:１５μｍ）の両面に塗布した。その後、溶剤を乾燥し、ローラーで厚み０．１０ｍｍにまで圧縮した後、上述した幅Ｌ１及び高さＬ２になり且つ正極集電タブ１ｂが突出するように切断して正極板１を作製した。

〔負極板の作製〕
負極活物質としての天然黒鉛粉末を９５質量％と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを５質量％と、溶剤としてのＮＭＰ溶液とを混合してスラリーを調製した後、このスラリーを負極集電体としての銅箔（厚み：１０μｍ）の両面に塗布した。その後、溶剤を乾燥し、ローラーで厚み０．０８ｍｍにまで圧縮した後、上述した幅Ｌ７及び高さＬ８になり且つ負極集電タブ２ｂが突出するように切断して負極板２を作製した。

〔電池の作製〕
上述のようにして得られた負極板２（５１枚）と正極板１（５０枚）とを、セパレータ３を介して交互に積層して積層電極体４を作製した。尚、この積層電極体４における積層方向の端部には負極板２を配置した。次に、積層電極体４の４辺に、積層電極体４を跨ぐようにして、ずれ防止用のテープ５を貼着した。

次いで、積層電極体４から突出した５０枚の正極集電タブ１ｂと正極集電端子８とを超音波溶接法にて溶着すると共に、積層電極体４から突出した５１枚の負極集電タブ２ｂと負極集電端子９とを超音波溶接法にて溶着した後、ラミネートフィルム７の収納凹部内に、積層電極体４と押圧部材１１、１２、１３、１４と板ばね１５とスペーサ１６とを配置した。しかる後、正極集電端子８と負極集電端子９とがラミネートフィルム７から突出した状態で、両端子８、９が存在する辺のラミネートフィルム７同士を溶着した後、ラミネートフィルム７の残り３辺のうち２辺を溶着することにより積層電極体４をラミネート外装体６内に配置した。最後に、ラミネート外装体６の開口部から非水電解液を注液した後、ラミネート外装体６の内圧が３０ｔｏｒｒ以下となるように規制した状態でラミネート外装体６の開口部（ラミネートフィルムの残りの１辺）を溶着することにより積層式電池を作製した。尚、上記非水電解液としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）とメチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）とが体積比で３０：７０の割合で混合された混合溶媒に、ＬｉＰＦ₆が１Ｍ（モル／リットル）の割合で溶解されたものを使用した。

（その他の事項）
（１）上記実施例では押圧部材１１、１２、１３、１４を三角柱状（押圧部材１１、１２、１３は大型、押圧部材１４は小型）としているが、このような形状に限定するものではなく、例えば、押圧部材１１、１２、１３は半円柱状、押圧部材１４は１／４円柱状としても良い。

（２）積層電極体４の厚さＬ１１に対する深さＬ１４と深さＬ１５との和の割合は、上記実施例に示した割合（［Ｌ１４＋Ｌ１５］／Ｌ１１＝１０／１２）に限定するものではないが、Ｌ１１＞［Ｌ１４＋Ｌ１５］＞０．８０Ｌ１１の範囲であるのが望ましい。

（３）上記実施例では２枚のラミネートフィルム７の両者に収納凹部を構成する収納凹部を設けているが、このような構造に限定するものではなく、図２０に示すように、一方のラミネートフィルム７ａにのみ収納空間１８を構成する収納凹部を設け、他方のラミネートフィルム７ｂには収納空間１８を構成する収納凹部を設けないような構造であっても良い。また、カップ深さＬ２９は１０ｍｍとなっており、これにより、ラミネートフィルム７同士を溶着してラミネート外装体６を作製する際に、ラミネート外装体６の張力により押圧部材１４等に力が加わるので、積層電極体４のずれを抑制できる。この場合も、積層電極体４の厚さＬ１１に対する深さＬ２９の割合は、Ｌ１１＞Ｌ２９＞０．８０Ｌ１１の範囲であるのが望ましい。
また、必ずしも２枚のラミネートフィルム７を用いる必要はなく、１枚のラミネートフィルム７を折り曲げてラミネート外装体６を構成しても良い。

（４）上記実施例では、板ばね１５は押圧部材１１、１２、１３、１４及びスペーサ１６と別体に形成したが、板ばね１５と押圧部材１１、１２、１３、１４、又は、板ばね１５とスペーサ１６とを一体に形成するような構造であっても良い。

（５）上記実施例では、収納空間１８の角部にスペーサ１６を配置しているが、このような構造に限定するものではなく、図２１に示すように、押圧部材１１、１２を角部にまで延設し、押圧部材１１、１２と押圧部材１３、１４との間に板ばね１５を配置するような構造であっても良い。但し、このような構成とすると、積層電極体４に対するＢ方向の加圧がなくなるので、上記実施例の構成とするのが好ましい。

（６）上記実施例では押圧部材１１、１２、１３、１４の長さを、押圧部材１１、１２、１３、１４が当接する積層電極体の周面４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの長さの９／１０としているが、このような長さに限定するものではなく、押圧部材１１、１２、１３、１４が当接する積層電極体の周面４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの長さの１／２以上であれば良い。

（７）上記実施例では弾性力を有する緩衝材として板ばね１５を用いたが、これに限定するものではなく、コイルスプリング等であっても良い。

（８）上記実施例では正極板を５０枚、負極板を５１枚用いたがこのような構造の電池に限定するものではない。但し、正極板と上記負極板との枚数が各３０枚以上であれば、積層ずれが発生し易いため、当該場合に本発明は極めて有効である。

（９）正極活物質としては、上記ＬｉＣｏＯ₂に限定するものではなく、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎＯ₄或いはこれらの複合体等であっても良く、負極活物質としては上記天然黒鉛に限定するものではなく、人造黒鉛等であっても良い。

（１０）上記実施例では、全ての負極板２につき、負極用導電性芯体の両面に負極活物質層２ａを形成したが、正極板と対向していない部位の負極活物質層（具体的には、最外に配置された負極板の外側に存在する負極活物質層）はなくても良い。そして、このような構造とすれば、積層電極体４の厚みが小さくなるので、電池の高容量密度化を達成できる。

本発明は、例えば、ロボット、電気自動車およびバックアップ電源等に用いる電池に適用することができる。

本発明の積層式電池の斜視図である。 本発明の積層式電池に用いる積層電極体の分解斜視図である。 本発明の積層式電池に用いる積層電極体の側面図である。 本発明の積層式電池に用いる正極の平面図である。 本発明の積層式電池に用いる負極の平面図である。 本発明の積層式電池に用いるセパレータの平面図である。 本発明の積層式電池の収納空間内に配置されている要素の分解斜視図である。 本発明の積層式電池の分解斜視図である。 本発明の積層式電池に用いる大型の押圧部材を示す図であって、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図である。 本発明の積層式電池に用いる小型の押圧部材を示す図であって、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図である。 本発明の積層式電池に用いる板ばねを示す図であって、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は平面図である。 本発明の積層式電池に用いるスペーサを示す図であって、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は平面図、同図（ｃ）は側面図である。 本発明の積層式電池に用いるスペーサを四角柱状とした場合の状態を示す説明図である。 本発明の積層式電池に用いるスペーサを三角柱状とした場合の状態を示す説明図である。 本発明の積層式電池に用いるスペーサを他の三角柱状とした場合の状態を示す説明図である。 本発明の積層式電池に用いるスペーサを半円柱状とした場合の状態を示す説明図である。 押圧部材の全長を大きくした状態を示す説明図である。 板ばねが存在しない場合に押圧部材が動いたときの状態を示す説明図である。 板ばねが存在する場合に押圧部材が動いたときの状態を示す説明図である。 本発明の積層式電池の変形例を示す斜視図である。 本発明の積層式電池の変形例を示す説明図である。

符号の説明

１：正極板
１ｂ：正極集電タブ
２：負極板
２ｂ：負極集電タブ
３：セパレータ
４：積層電極体
４ａ〜４ｄ：周面
６：ラミネート外装体
７：ラミネートフィルム
１１〜１４：押圧部材
１５：板ばね
１６：スペーサ

Claims (9)

1. 各々正極集電タブが延出された複数の正極板と、各々負極集電タブが延出された複数の負極板とが、セパレータを介して交互に積層された多角形板状の積層電極体を有すると共に、この積層電極体が、金属層と樹脂層とを備えたラミネートフィルムの周縁同士を接合することにより形成されたラミネート外装体の収納空間内に減圧状態で配置される構造の積層式電池において、
   上記積層電極体の周面のうち上記両集電タブが存在しない少なくとも１つの周面には、積層電極体を電池内部方向に押圧する押圧部材が配置されており、この押圧部材は、押圧部材が当接する積層電極体の周面の長さの１／２以上の長さであって、三角柱状又は半円柱状であり、押圧部材が三角柱状の場合には３つの平面部のうち一つの平面部が、押圧部材が半円柱状の場合には平面部が、それぞれ積層電極体の周面と当接する構造であることを特徴とする積層式電池。
2. 上記積層電極体が四角形板状である、請求項１記載の積層式電池。
3. 上記積層電極体の周面のうち上記両集電タブが存在する周面には、三角柱状又は１／４円柱状を成す２つの押圧部材が両集電タブを挟むように配置され、押圧部材が三角柱状の場合には３つの平面部のうち一つの平面部が積層電極体の周面と当接し、他の一の平面部が両集電タブと当接する構造であり、押圧部材が１／４円柱状の場合には何れか一方の平面部が積層電極体の周面と当接し、他の平面部が両集電タブと当接する構造である、請求項１または２のいずれか１項に記載の積層式電池。
4. 上記積層電極体の全ての周面に押圧部材が配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層式電池。
5. 上記積層電極体の周面の長さより上記押圧部材の長さの方が小さく、上記押圧部材の当接面の全ての部位が上記積層電極体の周面と当接している、請求項４に記載の積層式電池。
6. 上記ラミネート外装体の収納空間における角部にはスペーサが配置されている、請求項５に記載の積層式電池。
7. 上記スペーサと上記押圧部材との間には弾性力を有する緩衝材が挟持されている、請求項６に記載の積層式電池。
8. 上記積層電極体の積層方向の厚みが１０ｍｍ以上である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の積層式電池。
9. 上記正極板に用いられる正極活物質と、上記負極板に用いられる負極活物質とが、リチウムを吸蔵放出できる材料から構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の積層式電池。
   

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